DE102005015275B3

DE102005015275B3 - Verfahren und Anordnung zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft für ein Sauerstoff erzeugendes, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät

Info

Publication number: DE102005015275B3
Application number: DE102005015275A
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. Krüger; Karl-Heinz Dipl.-Chem. Dr. Feldner
Original assignee: MSA Auer GmbH
Current assignee: MSA Auer GmbH
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-09-28
Anticipated expiration: 2025-03-26
Also published as: ES2313628T3; EP1861173B1; AU2006226722B2; EP1861173A1; AU2006226722A1; CN101180100B; DE502006001335D1; WO2006099863A1; CN101180100A; ATE404253T1

Abstract

Die zu einem beliebigen Zeitpunkt verbleibende Restkapazität an veratembarer Luft wird bei einem Sauerstoff erzeugenden, im Kreislauf betriebenen Atemschutzgerät durch Messen der Anzahl der Atemhübe sowie der Druckhöhe und der Temperatur der Einatemluft in aufeinander folgenden Zeitintervallen mit einem Druck- und einem Temperatursensor ermittelt. Aus den Messdaten wird der aktuelle Atmeluftverbrauch in dem jeweiligen Zeitintervall errechnet und von der Gesamtluftkapazität subtrahiert. Die zu einem beliebigen Ablesepunkt verbleibende Restkapazität an veratembarer Luft wird auf einem Display angezeigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft für ein Sauerstoff erzeugendes, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät mit mindestens einem Chemikalkanister, der an einen Ausatembeutel mit integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät mit einer Verbrauchsanzeige für das im Verlauf der Einsatzzeit noch verbleibende veratembare Luftvolumen ist beispielsweise aus der DE 44 11 560 bekannt. An ein Ausatemventil schließt sich ein Ausatembeutel an, in dem ein Gebläse untergebracht ist. Die ausgeatmete Luft wird mit Hilfe des Gebläses durch zwei parallel angeordnete Chemikalkanister gedrückt. Mit Hilfe des Gebläses wird der beim Ausatmen vom Benutzer aufgrund der nachgeschalteten Chemikalkanister zu überwindende Atemwiderstand erheblich verringert. Die in den Chemikalkanistern als Granulat enthaltene Chemikalie bindet einen Teil des in der ausgeatmeten Luft enthaltenen Kohlendioxids und wandelt diesen in einer exothermen Reaktion in Sauerstoff um. Die mit Sauerstoff angereicherte Luft gelangt über ein Partikelfilter in den Einatembeutel und über ein Einatemventil zum Benutzer. Das als Isoliergerät betriebene, Sauerstoff erzeugende Atemschutzgerät kann – beispielsweise bei Einsätzen der Feuerwehr oder Grubenwehr – über einen deutlich längeren Zeitraum als herkömmliche Pressluft atemgeräte benutzt werden. Beispielsweise sind Einsatzzeiten von vier Stunden denkbar, basierend auf einem bestimmten – durchschnittlichen – Atemvolumen, von 30l/min. Da die angegebene Einsatzzeit auf der Basis eines angenommenen Durchschnittswerts des Atemvolumens des Benutzers pro Minute (Atemminutenvolumen) sehr ungenau ist, wurde in der DE 44 11 560 bereits eine an das Gebläse gekoppelte Verbrauchsanzeige vorgeschlagen. Anhand der gemessenen Gebläseparameter wird mit Hilfe einer Auswerteeinheit der noch vorhandene Vorrat an nutzbarem Atemgas ermittelt.

Die bei den bekannten Geräten mit Hilfe der Gebläseparameter ermittelte Verbrauchsanzeige ist jedoch ungenau, da der Verbrauch der Chemikalie bzw. der Atemgasbedarf oder das Atemvolumen pro Minute zum einen bei den verschiedenen Benutzern unterschiedlich ist und zum anderen wesentlich von der Belastung des Benutzers, das heißt den Einsatz- oder Atembedingungen, abhängt und die Temperatur das tatsächlich veratmete Volumen mit bestimmt. Die auf der Basis der Gebläseparameter ermittelte Verbrauchsanzeige muss bei der Instandsetzung nach jedem Einsatz neu kalibriert werden. Die Instandsetzung kann zudem nicht sofort, sondern nur bei einer unter 30°C liegenden Temperatur des Gebläses erfolgen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft für ein im Kreislauf betriebenes, Sauerstoff erzeugendes Atemschutzgerät so auszubilden, dass während des Einsatzes unter den herrschenden Bedingungen exakte, individuelle Werte über die zum jeweiligen Zeitpunkt noch zur Verfügung stehende Atemluft angezeigt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Das Wesen der Erfindung besteht in der Ermittlung des Druckverlaufs und der Temperatur der Einatemluft beim Einatmen des Benutzers, wobei in gleichbleibenden, vorgegebenen Zeitintervallen jeweils die Druckhöhe und die Anzahl der Atemhübe festgestellt und daraus unter Berücksichtigung der Temperatur das in dem jeweiligen Zeitintervall tatsächlich veratmete Luftvolumen errechnet und ausgehend von der ursprünglichen Kapazität nach jedem Zeitintervall von dem vorhergehenden Wert der noch verbliebenen Atemluftkapazität der Chemikalkanister des Atemschutzgerätes subtrahiert wird. Die noch vorhandene Restkapazität an veratembarer Luft wird – vorzugsweise als Prozentangabe – zu jedem Zeitpunkt des Einsatzes des Atemschutzgerätes auf der Grundlage der vom Benutzer tatsächlich verbrauchten Luft angezeigt und bietet diesem somit ein hohes Maß an Sicherheit. Die Verbrauchsanzeige ist unabhängig von gerätetechnischen Veränderungen des Atemschutzgerätes und kann ohne Kalibrierung und unabhängig von der Temperatur sofort für eine nachfolgende Anwendung vorbereitet werden und anschließend eingesetzt werden.

Die Dauer eines Zeitintervalls beträgt vorzugsweise zwanzig Sekunden. Bei Nichtbeatmung oder extrem geringer Beatmung wird für die Berechnung ein Festwert von 20l/min eingesetzt.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens umfasst eine in den Einatemschlauch des Atemschutzgerätes eingebundene Sensoreinheit mit einem Drucksensor zur Ermittlung des Druckverlaufs und einem Temperatursensor zur Messung der durch die exotherme Reaktion in den Chemikalkanistern stark beeinflussten Temperatur der Einatemluft. Über eine Verteilereinheit ist die Sensoreinheit mit einer Auswerte- und Anzeigeeinheit verbunden. In der Auswerte- und Anzeigeeinheit wird mit der festgestellten Anzahl der Atemhübe und deren jeweiliger Druckhöhe das der jeweiligen Temperatur entsprechende Atemvolumen für das jeweilige Zeitintervall ermittelt. Dieser Wert wird in der Auswerte- und Anzeigeeinheit von der Startkapazität bzw. der nach dem vorhergehenden Zeitintervall verbliebenen Restkapazität subtrahiert. Die Auswerte- und Anzeigeeinheit zeigt die jeweils ermittelte Restkapazität auf einem Display an.

In die Auswerte- und Anzeigeeinheit ist eine Totmann-Warnung und zusätzlich eine Fehleranzeige, die die Energiequelle, elektrische Anschlüsse, das Gebläse oder die Starter betrifft, und ein Signalgeber zur Erzeugung eines Signals beim Erreichen bestimmter Restkapazitäten eingebaut.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, in deren einziger Figur ein Sauerstoff erzeugendes Atemschutzgerät mit Verbrauchsanzeige für den Langzeiteinsatz schematisch dargestellt ist, näher erläutert.
Das Atemschutzgerät umfasst zwei in Parallelschaltung angeordnete Chemikalkanister 1, die über einen Luftverteiler 2 an einen Ausatembeutel 3 mit in diesem unterge brachten Gebläse 4 angeschlossen sind. In die Wand des Ausatembeutels 3 ist ein Überschussventil 5 integriert. An den Ausatembeutel 3 ist ein Ausatemschlauch 6 mit Ausatemventil 7 angeschlossen. Die Chemikalkanister 1 sind mit einem Kühlmantel 8 versehen und mit einem Kaliumhyperoxid-Granulat (KO₂) 21 gefüllt. Ein Verbindungsrohr 9 verbindet die Ausgänge der beiden Chemikalkanister 1 über ein Partikelfilter 10 mit einem Einatembeutel 11. In den Einatembeutel 11 mündet ein Einatemschlauch 12 mit Einatemventil 13. Das Ausatemventil 7 und das Einatemventil 13 sind an eine Ventilsteuerung (nicht dargestellt) angeschlossen.
Die mit Kohlendioxid angereicherte Ausatemluft strömt über das geöffnete Ausatemventil 7 (bei geschlossenem Einatemventil 13) in den Ausatembeutel 3 und wird mit Hilfe des Gebläses 4 über den Luftverteiler 2 durch die mit KO₂-Granulat 21 gefüllten Chemikalkanister 1 gedrückt. Dabei wird in der Ausatemluft enthaltenes Kohlendioxid in einer exothermen Reaktion mit dem Kaliumhyperoxid in Sauerstoff umgewandelt. Die so aufbereitete, mit Sauerstoff angereicherte Luft gelangt über das Verbindungsrohr 9 und das Partikelfilter 10, in dem aus der Chemikalie mitgerissene feine Partikel zurückgehalten werden, in den Einatembeutel 11 und von dort über das jetzt geöffnete Einatemventil 13 und den Einatemschlauch 12 zum Benutzer.
Das Atemschutzgerät verfügt weiterhin über eine Energiequelle 14 und eine mit dieser verbundene Verteilereinheit 15. Neben einer Startautomatik 16 mit Quickstartern 17 sowie dem Gebläse 4 und einer Ladebuchse 18 sind an die Verteilereinheit 15 auch eine Sensoreinheit 19 und eine Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 angeschlossen. Die Sensoreinheit 19, die dem Einatemschlauch 12 zugeordnet ist, weist einen Drucksensor und einen Temperatursensor (jeweils nicht dargestellt) auf.
Unter Zugrundelegung eines angenommenen Atemminutenvolumens von 30l/min beträgt die Betriebszeit des oben beschriebenen Sauerstoff erzeugenden Atemschutzgerätes bei der Größe der beiden hier verwendeten Chemikalkanister 1, die insgesamt mindestens 7200 Liter veratembare Luft liefern können, vier Stunden. Tatsächlich kann die Einsatzzeit sowohl deutlich länger oder auch deutlich kürzer sein, da sie in erheblichem Maße von den jeweiligen Einsatzbedingungen und der Physis des betreffenden Benutzers, das heißt der Art der Atmung, abhängt. Mit dem Drucksensor wird im Einatemschlauch 12 der Einatemwiderstand in Form des Druckverlauf gemessen, und in Intervallen von jeweils 20 Sekunden wird der Atemwiderstand in Form der maximalen Höhe der Atemhübe gemessen und deren Anzahl bestimmt. Da sich aufgrund der in den Chemikalkanistern 1 ablaufenden exothermen Reaktion die Temperatur des Einatemgases ändert und nach der Beziehung p.V/T = const. das Volumen auch von der Temperatur abhängt, wird mit dem in der Sensoreinheit 19 vorgesehenen Temperatursensor ständig auch die Temperatur des Einatemgases gemessen. Die von der Sensoreinheit 19 jeweils in einem 20-Sekunden-Intervall ermittelten Daten – Höhe des Druckes, Anzahl der Atemhübe und Temperatur – werden über die Verteilereinheit 15 zu einer Auswerte- und Anzeigeeinheit gesendet, in der mit diesen Daten das vom Benutzer in dem Zeitintervall eingeatmete – verbrauchte – Einatemgas errechnet wird und dieses Einatemvolumen pro Zeiteinheit– ausgehend von der ursprünglichen Kapazität von 7200 Litern – immer wieder von der in den Chemikalkanistern 1 noch verbliebenen Atemluftkapazität abgezogen wird. Die jeweilige Restkapazität wird als prozentuale Angabe er rechnet und so auf dem Display der Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 wiedergegeben. Der Benutzer erhält so zu jedem Zeitpunkt seines Einsatzes eine Information über das tatsächlich von ihm unter den herrschenden Bedingungen verbrauchte Atemvolumen bzw. über das zum jeweiligen Zeitpunkt noch verbleibende veratembare Luftvolumen. Die Restkapazität kann auch in Form einer bildlichen Darstellung einer „Flaschenfüllung" auf dem Display dargestellt werden. Wenn eine bestimmte Restkapazität erreicht bzw. unterschritten wird, erzeugt die Auswerte- und Anzeigeeinheit 20 mit einem Signalgeber ein optisches und/oder akustisches Signal.

1: Chemikalkanister
2: Luftverteiler
3: Ausatembeutel
4: Gebläse
5: Überschussventil
6: Ausatemschlauch
7: Ausatemventil
8: Kühlmantel
9: Verbindungsrohr
10: Partikelfilter
11: Einatembeutel
12: Einatemschlauch
13: Einatemventil
14: Energiequelle
15: Verteilereinheit
16: Startautomatik
17: Quickstarter
18: Ladebuchse
19: Sensoreinheit
20: Auswerte- und Anzeigeeinheit
21: Kaliumhyperoxid (KO₂)-Granulat, Chemikalie

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Restkapazität an veratembarer Luft bei einem Sauerstoff erzeugenden, im Kreislauf betriebenen Atemschutzgerät mit mindestens einem Chemikalkanister, der an einen Ausatembeutel mit integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckverlauf und die Temperatur der Einatemluft beim Einatmen des Benutzers sowie die Druckhöhe und die Anzahl der Atemhübe in vorgegebenen Zeitintervallen während des Einsatzes individuell ermittelt werden und daraus unter Berücksichtigung der Temperatur das in dem jeweiligen Zeitintervall veratmete Luftvolumen errechnet und sukzessive von dem Ausgangsatemvolumen der Chemikalkanister subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restkapazität als Prozentangabe errechnet und angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restkapazität bildlich in Form des Füllungsgrades einer Flasche dargestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erreichen einer bestimmten Restkapazität ein Warnsignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Zeitintervalls zwanzig Sekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei extrem geringer Beatmung oder Nichtbeatmung zur Ermittlung der Restkapazität ein Atemvolumen von 20l/min festgelegt wird.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, für ein Sauerstoff erzeugendes, im Kreislauf betriebenes Atemschutzgerät mit mindestens einem Chemikalkanister, der an einen Ausatembeutel mit in diesen integriertem Gebläse und an einen Einatembeutel mit Einatemschlauch angeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine dem Einatemschlauch (12) zugeordnete Sensoreinheit (19) mit einem Drucksensor zur Ermittlung des Druckverlaufs bei der Einatmung und einem Temperatursensor zur Messung der Temperatur der Einatemluft, sowie eine über eine Verteilereinheit (15) mit der Sensoreinheit (19) verbundene Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) zum Ermitteln der Anzahl der Atemhübe in vorgegebenen Zeitintervallen, der maximalen Drücke der Atemhü be und der Temperatur der Einatemluft sowie zum Berechnen des in der Zeiteinheit von dem jeweiligen Benutzer eingeatmeten Luftvolumens und der zu dem jeweiligen Zeitpunkt noch zur Verfügung stehenden Restkapazität an veratembarem Luftvolumen.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) ein Display zur prozentualen oder bildlichen Angabe der Restkapazität an veratembarem Luftvolumen aufweist.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) Signalgeber zur optischen und/oder akustischen Signalisierung bestimmter Restkapazitäten aufweist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an die Verteilereinheit (15) eine Energiequelle (12) und eine Ladebuchse (18), sowie eine Startautomatik (16), Quickstarter (17) und das Gebläse (4) angeschlossen sind.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) eine Totmann-Warnung integriert ist.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Anzeigeeinheit (20) eine Fehleranzeige in Bezug auf die Kapazität der Energiequelle (14), fehlende oder defekte Anschlüsse und fehlende oder verbrauchte Quickstarter (17) aufweist.